【カメラ・イメージセンサ】モアレ・フリッカーとは?

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工学
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モアレとは

 モアレはモニターや網戸などの細かい繰り返し模様を撮影したときに,新たな縞模様などが発生する現象です.

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※モアレ (モニターを撮影)

モアレの原因

 モアレは,モニターなどの繰り返しの模様と,画素配列が干渉しあうことで発生します.デジタル信号の観点から説明します.モニターや網戸などの細かい模様は空間的に高い周波数成分を持ちます.これをサンプリングする際に,サンプリング周波数 (この場合は画素ピッチ)が十分に高くないと,繰り返し模様 (本来はないより低い周波数成分)が発生します.つまりはエイリアシング (繰り返し雑音)が発生します.サンプリング定理によれば,波形の最大周波数の2倍以上の周波数でサンプリングすればエイリアシングは発生しません.

 またモアレは繰り返しの模様をスマホやPCなどで表示するときにも,画像の繰り返し模様とモニターが干渉することでも発生します.画像を拡大,縮小することで干渉の仕方が変化し,縞模様も同様に変化していきます.

 よって撮影したときにも,画像を表示するときにもモアレが発生することがあります.撮影時に発生したモアレは拡大,縮小しても模様は変わらず,画像を表示したときに発生するモアレは画像を拡大,縮小することで縞模様が変化します.

 ちなみにモアレはデジタル化に起因して発生するため,アナログカメラ (フィルムカメラ)では発生しません

モアレの抑制

 モアレは抑制するには高い周波数成分を除去すればエイリアシングが抑制され,モアレも抑制されます.そこでLPF (ローパスフィルター)を使えば高い周波数成分が除去されてモアレが抑制されます.ただ,高い周波数成分が除去されるため,画素は少しボケるので注意が必要です.

 また高い周波数でサンプリングするばいいため、高い画素数のセンサで撮影することでもモアレを抑制できます.

 他には被写体に対して斜めから撮影したり,被写体に近づく,絞りを変えることでも抑制できます.

フリッカーとは

 フリッカーは蛍光灯やLEDの照明下などでの撮影時に発生する現象です.

flicker
※フリッカー

フリッカーの原因

 古い蛍光灯では目に見えてチカチカしています.そうで場合でも蛍光灯は,人間の目ではわからない高速でオン,オフを繰り返しています.撮影時にセンサを露光する期間に蛍光灯がオフのときが支配的になってしまった場合などに写真が暗くなったりします.

 またCMOSイメージセンサは行毎に別の時間で露光をするため,蛍光灯がオンのときに露光したり,オフのときに露光したりする行があり,縞模様が発生したりします.これがフリッカーで,撮影するたびに明るさが変わったりします.

フリッカーの抑制

 フリッカーの影響を小さくするためには一つの行で露光している間に蛍光灯が何度もオン,オフすればフリッカーの影響を小さくできます.なので蛍光灯の周波数を上げるか露光する時間を長くすればいいことになります.通常は蛍光灯の周波数は変更できないために,露光する時間を長くすることでフリッカーの影響を小さくできます.

まとめ

  • モアレ:細かい繰り返し模様を撮影したときに新たな縞模様などが発生する現象
  • フリッカー:蛍光灯やLEDの照明下などでの撮影時に発生する現象

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